基本介紹
- 中文名：糖苷酶
- 外文名：Glycosidase
- 編號：EC 3.2.1
- 別名：糖苷水解酶
概念,分類,常見的糖苷酶,作用機制,
概念
糖苷酶即糖苷水解酶(Glycoside hydrolases,GH,EC3.2.1)，是一類水解糖苷鍵(glycosidic bonds)的酶，在生物體糖和糖綴合物的水解與合成過程中扮演著重要角色。糖苷酶在催化糖苷反應時，如果水分子的氧原子進攻受體葡萄糖上的異頭碳，即發生水解反應，但如果是葡萄糖羥基上的氧原子進攻受體葡萄糖上的異頭碳，即發生轉糖基反應。
糖苷酶幾乎存在於所有的生物體中，是一類以內切或外切方式水解各種含糖化合物(包括單糖苷、寡糖、多糖、皂甙和糖蛋白等)中的糖苷鍵,生成單糖、寡糖或糖複合物的酶。糖苷酶在寡糖合成、烷基糖苷和芳香基糖苷的合成、胺基酸和多肽的糖基化以及抗生素的糖基化方面發揮了重要作用。
隨著採用廣泛的生物材料進行酶的提純和性質研究的進展，已知在生物體中存在著許多種類的糖苷酶，利用這些酶的特異的水解作用，已作為研究糖苷、寡糖、多糖的必不可少的試劑。另外對這些酶的分布、存在形態、形式結構、遺傳缺陷的研究，具體地闡明了這些酶在生物體內的正常代謝中所起的作用。糖苷酶一般對糖苷配基的特異性比對糖殘基的特異性差，因此有許多仍未能確定其“真正的天然底物”到底是什麼。現在常根據糖殘基的性質（包括糖苷鍵的性質）來進行命名和分類的（如α-葡糖苷酶、β-半乳糖苷酶），另也常使用歷史上最初發現時來自底物名的慣用名（如蔗糖酶=β-果糖苷酶，麥芽糖酶=α-葡糖苷酶）。
分類
糖苷酶（EC 3.2.1）隸屬於糖基酶（EC 3.2），是水解酶類（EC 3）中的一大類酶。根據不同的分類標準，可以分成不同的類型。
根據底物分類
在糖苷酶家族中，根據水解的底物不同，又可具體分為195種不同類型的酶，每種均有自己的酶學編號（EC 3.2.1.1——EC 3.2.1.195），例如α-澱粉酶（EC 3.2.1.1）與α-葡萄糖苷酶（EC 3.2.1.20）。此分類方法中，分類對象只有糖苷酶，每一種編號對應的糖苷酶成員之間的結構可能會有巨大的差異。
根據結構相似性分類
根據進化學分析，許多水解不同底物的糖苷酶是由同一祖先演化而來，因而具有較高的結構與功能相似性。根據結構的差異，可將糖苷酶具體分為135個家族（Glycoside Hydrolase family）即GH1——GH135，每個家族內部的成員，彼此具有很高的結構相似度，根據其催化活性中心結構域的結構，又可將這些家族不完全歸納為14個族（Clan）即GH-A —— GH-N。此分類方法中，分類對象除了糖苷酶還包括少量其他種類的酶，同一家族中的成員雖然水解的底物可能不同，但都具有高度相似的結構，彼此間的親緣關係更為接近。
根據催化作用機制分類
糖苷酶根據催化作用機制的不同分為兩類：構型翻轉酶( inverting en-zymes)和構型保持酶(retaining enzymes)。構型保持酶在催化糖苷鍵水解的同時，還具有轉糖基活性，即糖苷鍵合成活性，該性質使其成為糖類合成的重要工具。
常見的糖苷酶
1、α-甘露糖苷酶。在N-糖基化過程中所涉及的甘露糖苷酶,依據它們所催化水解鍵位的不同主要可分為α-甘露糖苷酶和β-甘露糖苷酶,它們分別參與甘露糖α-1, 2、α-1, 3、α-1, 6和β-1, 4糖苷鍵的水解過程。迄今為止,已克隆的α-甘露糖苷酶cDNA 20多種,其中來自人類的6種。α-甘露糖苷酶主要存在於內質網、高爾基體、溶酶體和胞漿其它細胞器中,功能是剪接寡糖結構末端不同連線的甘露糖殘基,形成高甘露糖型、複雜型、雜合型的N-寡糖。依據底物特異性、酶分子量大小、保守序列的結構域及對生物鹼抑制作用的敏感性,Moremen於1994年把已經發現的α-甘露糖苷酶分成Ⅰ類和Ⅱ類兩大類。
2、阿拉伯糖苷酶。現已提純的阿拉伯糖苷酶,根據其胺基酸序列,基本上屬於糖基水解酶3、10、43、51、54、64這6個家族。根據底物專一性的異同,阿拉伯糖苷酶又可分為兩類:阿拉伯糖苷酶A一般降解末端的阿拉伯糖基,阿拉伯糖苷酶B既能降解末端的阿拉伯糖基,也能切阿拉伯糖基的側枝。在細菌和真菌中都已有阿拉伯糖苷酶被提純和定性。阿拉伯糖苷酶可分布在胞內、胞外和胞膜上,有的是單聚體,而有的形成二聚體或多聚體，如從Butyrivibrio fibrisolvensGS113提純的阿拉伯糖苷酶就是個八聚體。而且有些阿拉伯糖苷酶是由不同的亞基聚集而成的,如Bacillus stearothermophilus產生的阿拉伯糖苷酶含有兩個不同的亞基。
3、β-木糖苷酶。β-木糖苷酶在自然界中分布廣泛,現已從細菌、放線菌和真菌(包括酵母)等微生物和高等植物中分離得到。β-木糖苷酶是一種外切酶,主要催化水解木糖苷,並以外切方式從非還原性末端水解木二糖及木二糖以上的低聚木糖,水解產物為木糖。木聚糖類半纖維素酶解時一般由木聚糖酶從主鏈內部先作用於長鏈木聚糖的糖苷鍵上,將木聚糖隨機切成不同鏈長的低聚木糖,再由β-木糖苷酶作用於低聚木糖的末端,將這些短鏈低聚木糖降解成木糖。β-木糖苷酶還可以作用於萜類、甾體等甙元與木糖形成的糖苷鍵,釋放出甙元。
4、殼三糖苷酶。殼三糖苷酶(Chitotriosidase, CT)是一種功能性幾丁質酶(E. C. 3. 2. 1. 14)。幾丁質酶是一類可以水解幾丁質的蛋白質,存在於原核生物和真核生物的多種物種體內,因其與物種受到外來侵襲後的防禦反應以及信號轉導等有密切關係,所以在抵抗外來病原體,特別是植物抗真菌病的基因工程中套用廣泛。人類曾被認為是沒有也不能降解幾丁質成分的,因此長期以來幾丁質酶均被作為化療藥物,如抗真菌藥物、抗瘧疾藥物、殺蟲劑等的靶標。但是最近,Boot等發現了人體內也存在幾丁質酶,將其稱為殼三糖苷酶。核酸序列分析發現,殼三糖苷酶與其他物種的幾丁質酶家族成員具有高度同源性。
5、硫代糖苷酶。微生物糖苷酶來源廣泛,種類繁多,有些糖苷酶除具有水解活性外,還具有轉基活性,該性質使其成為糖類合成的重要工具,被用於大規模合成多種O-糖苷。近三年研究發現,微生物糖苷酶的一類新型突變酶即硫代糖苷酶(thioglycoligases)能催化硫代糖苷(thioglycosides)的合成,這一發現引起了科學家的極大興趣。硫代糖苷是O-糖苷類似物,糖單位組成和空間結構與O-糖苷類似,不同之處僅在於糖苷鍵通過硫原子起連線作用,不易被糖苷酶水解,具有重要的研究價值:由於化學水解和酶解速率低,可以解決O-糖苷易被內源糖苷酶水解的問題,從而作為O-糖苷替代品,套用於藥物療法;作為糖苷酶的競爭性抑制劑,與糖苷酶形成穩定的複合物用於X-射線晶體結構分析,研究糖苷酶特異性和作用機制,探索其突變或缺陷引起人類疾病的分子機理;用於製備親和樹脂純化糖苷酶蛋白;作為非降解性配體用於凝集素研究等。由於硫代糖苷在生物技術和製藥業方面的潛在價值越來越受到關注,相應地,其大量獲得也成為當今研究的熱點。
作用機制
N-糖基化是在內質網上由糖基轉移酶催化，在內分泌蛋白和膜結合蛋白的天冬醯氨殘基的氨基上結合寡糖的過程，即在粗面內質網的核糖體上合成蛋白肽鏈的同時，一旦形成天冬氨酸-Xaa-色氨酸-/絲氨酸(Asn-Xaa-Ser/Thr, Xaa為除脯氨酸外的所有胺基酸殘基)三聯序列子密碼,即糖基化位點，才有可能開始糖基化，隨著肽鏈進入內質網腔，N-糖鏈可被位於內質網腔膜結構上的加工酶修剪、加工成高甘露糖型，再進入高爾基體,繼續被膜結構上的酶加工合成。少數情況下，天冬氨酸-Xaa-半光氨酸(Asn-Xaa-Cys)序列也作為糖基化位點。N-糖基化的過程中涉及多種酶的參與，主要是糖醯基轉移酶和糖苷酶兩大類，前者負責將活性供體(通常是NDP-糖)的單糖部分轉移至接納體物質如糖、蛋白質和脂等分子上；後者的催化活性是修剪糖蛋白糖鏈上的各種糖基，二者共同完成N-糖基化。
